陸林

摘 要：基于臨泉泉河大橋超寬變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁鋼板樁圍堰與主梁臨時(shí)固結(jié)施工實(shí)例，分別對(duì)主墩鋼板樁圍堰與主梁臨時(shí)固結(jié)關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果表明施工過程中鋼板樁圍堰的變形、內(nèi)力、穩(wěn)定性滿足施工要求，主橋最大懸臂狀態(tài)與最大雙懸臂狀態(tài)下的臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性處在安全范圍內(nèi)，通過對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的計(jì)算分析，保證了矮塔斜拉橋施工過程中的安全，分析結(jié)果可為后續(xù)類似工程的建設(shè)提供相應(yīng)參考。

關(guān)鍵詞：圍堰;臨時(shí)固結(jié);施工技術(shù);矮塔斜拉橋

0 前言

臨泉泉河大橋主橋結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋方案，跨徑布置為95 m+170 m+95 m，主梁采用單箱五室大懸臂變截面PC連續(xù)箱梁，支點(diǎn)梁高7 m（橋中心），跨中梁高3.5 m，從支點(diǎn)橫梁起81 m 范圍內(nèi)梁高按1.8次拋物線變化。

泉河大橋結(jié)構(gòu)體系為墩梁固結(jié)，塔墩分離體系。當(dāng)承臺(tái)位于水中時(shí)，一般現(xiàn)設(shè)圍堰，包括鋼板樁圍堰、套箱圍堰、雙壁鋼圍堰等，將群樁圍在堰內(nèi)，然后在堰內(nèi)河底灌注水下混凝土封底，凝結(jié)后，將水抽干，使各樁處于干處，再安裝承臺(tái)模板，在干處灌注承臺(tái)混凝土。圍堰的形式應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況、水深、流速、設(shè)備條件等因素綜合考慮[1-3]。懸臂澆筑施工適用于大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，包括連續(xù)梁橋、剛構(gòu)橋以及矮塔斜拉橋等，對(duì)于連續(xù)梁橋和漂浮體系斜拉橋來講，梁與墩未固結(jié)在一起，施工時(shí)，兩側(cè)懸澆施工難以保持絕對(duì)平衡，必須在施工中采取臨時(shí)固結(jié)措施，使梁具有抗彎能力。連續(xù)梁橋臨時(shí)固結(jié)一般采用在支座兩側(cè)臨時(shí)加預(yù)應(yīng)力筋，梁和墩頂之間澆筑臨時(shí)混凝土墊塊，將梁固結(jié)在橋墩上，使梁具有一定的抗彎能力。在條件成熟時(shí)，再采用靜態(tài)破碎方法解除固結(jié)。但對(duì)于大跨徑超寬矮塔斜拉橋來講，僅采用臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)或者本身的墩梁固結(jié)可能不足以滿足抗彎和穩(wěn)定性的要求，因此需專門進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，以保障其施工安全。因此基于臨泉泉河大橋超寬變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁鋼板樁圍堰與主梁臨時(shí)固結(jié)施工實(shí)例，分別對(duì)主墩鋼板樁圍堰與主梁臨時(shí)固結(jié)關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析，以保證矮塔斜拉橋在關(guān)鍵施工過程中的安全[4-6]。

1 鋼板樁圍堰計(jì)算分析

1.1 計(jì)算模型

本部分鋼板樁圍堰的受力分析，采用理正深基坑7.0版進(jìn)行，該支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。圖層分布主要為黏土、粉砂以及粉土，其中土壓力的計(jì)算黏土采用水土合算、砂土和粉砂采用水土分算。分析工況主要包括開挖1、加撐1、開挖2、加撐2、開挖3、加撐3、開挖4七個(gè)工況。最終開挖深度為8.79 m。

1.2 圍堰變形計(jì)算

分別計(jì)算基坑開挖至0.5 m、3 m、5.5 m以及開挖至基坑底部時(shí)的整體位移，開挖至0.5 m和開挖至基坑底部時(shí)的計(jì)算結(jié)果分別如圖1所示。由計(jì)算可得鋼板樁最大位移為基坑開挖至0.5 m處時(shí)鋼板樁位移11.98 mm鋼板樁最大位移f=11.98 mm<[f]=18 000/400=45 mm，滿足要求。

支撐最大位移為基坑開挖至基坑底處時(shí)支撐位移8.111 mm，最大位移f=8.111 mm<[f]=10 200/400=25.5 mm，滿足要求。

1.3 圍堰內(nèi)力計(jì)算

分別計(jì)算基坑開挖至0.5 m、3 m、5.5 m以及開挖至基坑底部時(shí)的內(nèi)力，開挖至0.5 m和開挖至基坑底部時(shí)的計(jì)算結(jié)果分別如下圖所示。

鋼板樁在基坑挖至基坑底處時(shí)彎矩最大，最大彎矩為117.4 kN.m，計(jì)算得到鋼板樁圍堰每延米的繞水平軸最大彎矩為117.4 kN.m。取一片鋼板樁來進(jìn)行驗(yàn)算：鋼板樁的寬度為0.4 m，查得鋼板樁邊緣斷面的模量為：W=2 200 cm3=

0.002 2 m3，則可以得到鋼板樁外緣的應(yīng)力為：鋼板樁產(chǎn)生的最大應(yīng)力：σ=M/W=117.4/2 200=54 MPa<[σ]=215 MPa，符合要求。

1.4 圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算

采用瑞典條分法對(duì)圍堰整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，應(yīng)力狀態(tài)為總應(yīng)力，條分法中的土條寬度為1.0 m。滑裂面數(shù)據(jù)：圓弧半徑（m） R = 15.346、圓心坐標(biāo)X（m） X = -1.838、圓心坐標(biāo)Y（m） Y = 6.972。整體穩(wěn)定安全系數(shù) Ks = 2.022 >= 1.200， 滿足規(guī)范要求。

2 臨時(shí)固結(jié)計(jì)算分析

2.1 計(jì)算模型

本部分采用midas Civil Designer對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，并以《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362-2018）為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)臨時(shí)鎖定柱混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

本橋主橋上部箱梁采用懸臂澆筑法施工，最大懸臂施工長(zhǎng)度為84 m，計(jì)算時(shí)，從最不利受力圖式出發(fā)，對(duì)最大懸臂狀態(tài)的施工荷載作如下考慮（不考慮掛籃墜落，施工單位應(yīng)采取壓重和后錨等多種措施來確保掛籃不會(huì)墜落）。假設(shè)梁體自重不均勻，一側(cè)取1.04梁重，另一側(cè)取0.96梁重。掛籃、現(xiàn)澆塊件及施工機(jī)具的動(dòng)力系數(shù)，一端采用1.2，另一端采用0.8。最后一懸臂澆筑梁段不同步施工，一端施工完畢，一端施工一半。橫橋向風(fēng)載作用在橋塔的風(fēng)荷載取值4.0 kN/m。

2.2 臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算

組合1：1.0恒載+1.0收縮徐變+1.0施工荷載+1.0風(fēng)荷載

組合2：1.0恒載+1.0收縮徐變+1.0施工荷載

施工階段驗(yàn)算中，箱梁最大壓應(yīng)力為15.1 MPa。按規(guī)范JTG 3362-2018第7.2.8-1條規(guī)定，應(yīng)滿足 ，符合規(guī)范要求。

施工階段驗(yàn)算中，箱梁截面最大拉應(yīng)力為1.65 MPa，故施工階段截面拉應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

2.3 臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算

計(jì)算考慮最大雙懸臂狀態(tài)穩(wěn)定性驗(yàn)算。臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)最大雙懸臂階段失穩(wěn)模態(tài)如下圖所示。

從結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)模態(tài)來看，施工階段均是以面內(nèi)失穩(wěn)為主，施工階段最大雙懸臂階段穩(wěn)定安全系數(shù)為213.5，失穩(wěn)模態(tài)的屈曲系數(shù)為均大于4，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論與建議

基于臨泉泉河大橋超寬變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁鋼板樁圍堰與主梁臨時(shí)固結(jié)施工實(shí)例，分別對(duì)主墩鋼板樁圍堰與主梁臨時(shí)固結(jié)關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析，分析結(jié)果表明施工過程中鋼板樁圍堰的變形、內(nèi)力、穩(wěn)定性滿足施工要求，主橋最大懸臂狀態(tài)與最大雙懸臂狀態(tài)下的臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與穩(wěn)定性處在安全范圍內(nèi)，通過對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的計(jì)算分析，保證了矮塔斜拉橋施工過程中的安全，分析結(jié)果可為后續(xù)類似工程的建設(shè)提供相應(yīng)參考。由于臨時(shí)鎖定柱長(zhǎng)細(xì)比較大，結(jié)構(gòu)尺寸小，柱子數(shù)量多，施工時(shí)采用160x10槽鋼進(jìn)行連接，減小臨時(shí)鎖定柱長(zhǎng)細(xì)比，提高安全系數(shù)。

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